張國強

(海南大學(xué)機電工程學(xué)院)

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嘉峪關(guān)地區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染調(diào)查

張國強

(海南大學(xué)機電工程學(xué)院)

摘要農(nóng)田土壤中的重金屬會通過生物富集作用在人體累積，其含量超標會危害人的身體健康。嘉峪關(guān)周邊地區(qū)工業(yè)活動頻繁，為調(diào)查該地區(qū)的重金屬對附近農(nóng)田土壤及農(nóng)作物的污染情況，選取距離工業(yè)區(qū)13 km處的農(nóng)田集中區(qū)域，對農(nóng)田土壤和農(nóng)作物采集取樣、加工，分析其As、Hg、Cu、Pb、Cr、Ni、Zn等重金屬含量。結(jié)果表明，該地區(qū)農(nóng)田土壤Hg、Pb、Ni、Zn含量超出調(diào)查區(qū)域背景值，不同農(nóng)作物中重金屬含量存在差異；土壤中Zn、Ni、Cu超標主要與農(nóng)田附近堆積的礦粉殘留有關(guān)，而As、Hg、Pb、Cr則是由嘉峪關(guān)周邊工廠不合理排放造成的；綜合污染指數(shù)P值在1.0～2.0，說明該地區(qū)農(nóng)田土壤受到輕度污染。因此，應(yīng)當(dāng)加大對污染的治理力度，防止污染進一步加重與擴大。

關(guān)鍵詞農(nóng)田土壤重金屬污染

重金屬是對土壤危害最嚴重的污染物之一，具有治理困難、累積性強、危害周期長的特點。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，污染物經(jīng)轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)換、聚集后，會降低農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，甚至通過食物鏈富集危害人的健康。近年來，隨著人們對自身健康的不斷重視，農(nóng)產(chǎn)品安全已成為社會各界關(guān)注的熱點問題之一。

嘉峪關(guān)地區(qū)工業(yè)活動頻繁，工業(yè)區(qū)周邊分布的大量農(nóng)田受重金屬污染較為嚴重。對嘉峪關(guān)周邊地區(qū)的農(nóng)田土壤及對應(yīng)的農(nóng)作物采集取樣，并對其中不同重金屬污染物的含量進行分析，評價土壤的污染程度，為土壤重金屬污染防治措施的制定、指導(dǎo)該地區(qū)生產(chǎn)無公害、高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)以及周邊工業(yè)區(qū)污染物排放的限制提供有效的參考數(shù)據(jù)[1]。

1區(qū)域概況

嘉峪關(guān)市是甘肅省西北部的一個新興的工業(yè)城市，農(nóng)業(yè)屬城郊型農(nóng)業(yè)，主要為城區(qū)市民提供蔬菜、肉蛋奶等副食品，農(nóng)業(yè)人口為3.28萬人。近年來，嘉峪關(guān)市已形成以冶金工業(yè)為主體，化工、電力、建材、機械、輕紡、食品為輔的工業(yè)體系。該市資源豐富，鐵礦、重晶石、石灰石、白云巖、造型黏土5種礦種資源儲量居甘肅省前三位，其中鏡鐵山礦鐵礦石總儲量為4.83億噸，是國內(nèi)最大的坑采冶金礦山，冶金工業(yè)已成為嘉峪關(guān)地區(qū)的支柱型產(chǎn)業(yè)。冶金工業(yè)的迅速發(fā)展加劇了嘉峪關(guān)地區(qū)農(nóng)田的土壤污染，污染物的排放嚴重影響了該地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。

2樣品采集加工與檢測

2.1土壤和農(nóng)作物樣品的采集

取樣地區(qū)選擇距離工業(yè)園區(qū)13 km處的農(nóng)田集中區(qū)域，該地區(qū)種植的農(nóng)作物種類繁多，距離工業(yè)園區(qū)最近，具有較高的研究價值。

取樣時，按農(nóng)作物種類劃分土地類型并取樣。

(1)土壤取樣。由于農(nóng)田土壤的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及形狀差異，對形狀不規(guī)則的農(nóng)田取樣區(qū)域進行了適當(dāng)?shù)目s小直至取樣區(qū)域可按16等份均分，取樣時適當(dāng)避開高凸或低凹較為明顯的區(qū)域。在劃分的16份農(nóng)田土壤網(wǎng)格中心點約1 m半徑的范圍內(nèi)取2～3個樣品，并在地圖上標記取樣位置。取樣采用不銹鋼鏟豎直挖土至土表以下20 cm深，在此土壤層取約50 g樣品，裝入密封袋密封，再用布袋裝好，標號。

(2)農(nóng)作物取樣。采集土壤取樣地點對應(yīng)的農(nóng)作物樣品，另取50 g裝入密封袋密封，標號，作為副本保存。

為防止土壤樣品因生物和化學(xué)因素影響而變性，將樣品放置在陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干，避免陽光直射和酸性、堿性物質(zhì)及顆粒物雜質(zhì)混入。用鑷子夾除大顆粒石子、植物根系等，再用過濾網(wǎng)篩除較小的顆粒雜質(zhì)。

2.2樣品重金屬含量的檢測

由酒鋼礦產(chǎn)資源中心地質(zhì)勘查研究院對土壤和農(nóng)作物樣品進行重金屬元素含量檢測。檢測前將樣品研磨過篩至合適大小、混勻。農(nóng)作物樣品采集后迅速密封送至實驗室經(jīng)蒸餾水清洗，切成碎塊，在一定溫度下烘干至恒重，立即研磨并裝瓶保存，進行檢測。

3檢測結(jié)果與分析

3.1農(nóng)田土壤與農(nóng)作物重金屬含量分析

農(nóng)田土壤重金屬含量分析結(jié)果及背景值見表1，農(nóng)作物重金屬含量分析結(jié)果及標準見表2。

表1農(nóng)田土壤重金屬含量分析結(jié)果

mg/kg

表2農(nóng)作物重金屬含量分析結(jié)果

mg/kg

由表1可知，嘉峪關(guān)周邊地區(qū)的農(nóng)田土壤中重金屬As、Cu、Cr含量未超出調(diào)查區(qū)域的背景值，而其它重金屬元素含量均超出該區(qū)域的背景值。說明該農(nóng)田土壤已受到一定程度的重金屬污染。

由表2可知，Cr在調(diào)查區(qū)域的所有農(nóng)作物中含量均相對較高，玉米中Cr、Pb含量和洋蔥中Ni、Zn、Cu含量均超標?？紤]馬鈴薯土壤的重金屬含量，馬鈴薯中各重金屬含量整體較低，重金屬含量均未超標，說明其對重金屬元素吸收較差。因此，在無公害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)中，不僅要對土壤成分進行詳細的分析，還要根據(jù)農(nóng)作物對重金屬元素的吸收能力來決定適合種植的類型，以兼顧食用安全和經(jīng)濟效益。

3.2農(nóng)田土壤重金屬污染程度分析

根據(jù)農(nóng)田土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范，可運用單項污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法分析土壤重金屬污染情況，以評估調(diào)查區(qū)域土地污染程度。單項污染指數(shù)計算公式為：

(1)

式中，Pi為土壤中污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；Ci為污染物i的實測濃度，mg/kg；Si為污染物i的評價標準。Pi>1，表示污染，Pi≤1表示未污染，Pi值越大，表示污染越嚴重。計算結(jié)果見表3，無公害農(nóng)產(chǎn)品土地的污染分級標準見表4。

表3　農(nóng)田土壤污染物指數(shù)計算

表3、表4結(jié)果表明，調(diào)查區(qū)域的農(nóng)田土壤受到不同程度的重金屬污染，污染程度均在輕度以上，其中的109個單項污染指數(shù)顯示對應(yīng)的樣品為輕度污染，占比97.3%，3個為重度污染，占比2.7%。

表4　農(nóng)田土壤污染分級標準

3.3農(nóng)田土壤污染源分析

由表3可計算出農(nóng)田土壤中某個重金屬元素污染指數(shù)占全部分析的重金屬污染指數(shù)總和的百分比。結(jié)果表明，土壤中某項污染指數(shù)占各項污染指數(shù)總和的百分比大小順序具體為：Zn(19.6%)>Ni(16.7%)>Cu(14.1%)>Pb(12.9%)>Hg(9.5%)>Cr(9.2%)>As(6.5%)。Zn、Ni、Cu三種重金屬合計占各重金屬污染指數(shù)總和的50.4%，是首要污染物。主要原因是與農(nóng)田附近地區(qū)經(jīng)常臨時堆積的礦粉、礦渣等，在外力作用下容易散落到農(nóng)田土表，進而污染土壤。

近年來，在有關(guān)部門的監(jiān)管下，該區(qū)域附近堆積的礦粉得到了部分清理，但堆積礦粉中的Zn、Ni等重金屬污染物仍殘留在農(nóng)田土壤，造成嚴重污染，難以治理。另外，該地區(qū)周邊的工業(yè)發(fā)展迅速，選礦、燒結(jié)、焦化、煉鐵、煉鋼、冷軋、熱軋、熱電等廠區(qū)排放的污染物中含有的大量重金屬污染物，吸附在大氣顆粒物中，最終通過沉降進入農(nóng)田土壤中，加劇了周邊地區(qū)農(nóng)田土壤的污染。目前，嘉峪關(guān)地區(qū)城市化進程的加快，也加劇了該地區(qū)農(nóng)田土壤的污染程度。

4結(jié)論

(1)嘉峪關(guān)周邊地區(qū)農(nóng)田土壤中Hg、Pb、Ni、Zn等重金屬含量超出調(diào)查區(qū)域背景值，農(nóng)作物對重金屬吸收能力不同，重金屬含量也不同。所調(diào)查的農(nóng)作物中Cr含量均相對較高，其中玉米中Cr、Pb含量和洋蔥中Ni、Zn、Cu含量均超標，而馬鈴薯中重金屬含量均未超標，說明馬鈴薯對重金屬元素吸收能力較差。

(2)綜合污染指數(shù)計算結(jié)果表明，該地區(qū)農(nóng)田土壤受到輕度的重金屬污染，并使種植的農(nóng)作物中重金屬含量存在不同程度的超標。土壤中Zn、Ni、Cu超標主要與農(nóng)田附近堆積的礦粉殘留有關(guān)，而As、Hg、Pb、Cr則是由嘉峪關(guān)周邊工廠不合理排放造成的。

(3)由于農(nóng)田土壤中含量超標重金屬會通過生物富集作用在人體中累積，最終危害人體健康，因此，應(yīng)加大監(jiān)管力度，徹底清理農(nóng)田中的殘留物。同時，周邊工廠應(yīng)保證工業(yè)垃圾達標排放，盡量減少對周邊環(huán)境的污染，從源頭上消除農(nóng)田土壤的重金屬污染。

(收稿日期2015-12-01)

張國強(1995—)，男，570208 海南省海口市美蘭區(qū)。